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一文读懂!达芬奇手术机器人的发展历程

2018-01-10 11:29 来源:www.ejingxi.com 作者:靖西旅游资讯

本文描述了达芬奇手术机器人在直观手术公司早期到2009年发展的历程,也做了一个关于远程手术起源的总结,包括独特的技术趋势和临床需求,同时介绍了那些深刻的理解机器人和远程技术并将其应用在医疗的先驱们。我们描述了一些重要的设备影响规则,并且描述了它们是如何影响了医疗设备的发展。不过需要指明的是,这些观点都来自直观手术公司而且描述的不够详细,但是无论如何,我们希望这些观点能够针对技术和医疗的发展和创新提供一些观点,最终来造福人类。

二、远程手术的起源

远程手术由两个非常不同的技术组合交叉而来,实现了一种完全创新的微创手术。第一个技术来源于1940年的“遥操作”,Robert A. Heinlein在1942年写了一篇名为“Waldo”短片科幻小说,描述了一个生来柔弱(无法站立的)的Waldo Farthingwaite-Jones可以使用自己的手和手指来操作一个线控的手套,去控制一个强有力的机械臂。在不久之前一种名为“waldoes”的远程操作器被设计用来操作危险的放射性材料。这些设备用丝绳驱动关节,允许操作者站在安全的玻璃后面操作危险的材料。20世界50年代,Raymond Goertz和他的同事研究了可以在更远的距离操作的远程操作器,他们使用电动的传感器和驱动器来替换了机械结构,这样允许操作者和“从手”物理距离很远,这样就大大扩展了遥操作的用途。

图1 在危险环境中操作的机械远程操作器。右边是来自Central Research Laboratories的远程操作模型

在医疗领域,内窥镜的应用想法最早可以追溯到一个叫做Albukasim (936–1013 A.D.)的阿拉伯医生,然而,直到19世纪Phillip Bozzini才发明了一些能够观察到活着的人体内部的实用方法,他使用了一个他命名为“Lichtleiter”的光引导的器械来观察泌尿系统、直肠和咽喉,内窥镜类的设备一直发展到1980年左右,CCD和视频设备的出现引发了这一领域的革命,并产生了微创伤的腹腔镜技术,标志性事件是1987年French physician Mouret完成了第一例腹腔镜胆囊切除术。

在远程微创手术机器人出现之前,还有一些其他技术关键点出现。远程操作技术在操作危险材料、深海探测、太空探测的应用中得到进一步发展,20世纪80年代,微电子学和计算能力得到了迅猛发展,虚拟显示技术(VR)开始提出一些环境沉浸感的概念,比如一些头戴显示器(能够生动灵活的展示3D世界)以及触觉交互。在1990年左右,腹腔镜检查术得到了快速发展,但是这个技术的应用受到了限制。腹腔镜手术在相对容易的手术中得到了广泛的应用,比如腹腔镜胆囊摘除术、卵巢切除术、简单的子宫切除术等等。但是腹腔镜手术在需要复杂重建的手术方面很失败,因此诸如吻合器和其他组织缝合设备之类的复杂的机械医疗器械出现了,即使这样,还是不能使得腹腔镜手术能够应用在复杂的手术中。

在1990年左右,有几个研究团队开始研究将远程操作和虚拟显示结合的潜力,这些小组研究了腹腔镜微创手术的缺点,并且意识到远程机器人可以在这方面有所发展和应用。下面罗列了一些首先开始研究将远程机器人技术和微创手术结合的团队,他们的研究成果最终影响了达芬奇手术机器人的发展:

Dr. Russell Taylor和他的团队,他当时在IBM的沃森(Watson)研究中心与约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins)的一个普外科医生Dr. Mark Talamini合作开发了一个名为“第三只手”的腹腔镜机器人辅助系统(LARS),它允许医生使用一个操作杆来控制内窥镜。

在圣巴巴拉市(Santa Barbara)的加利福尼亚大学(University of California),Dr. Yulun Wang为NASA开发了一个机器人系统,后来在1992年他将其用与在腹腔镜手术中控制一个内窥镜,这个就是伊索系统Automated Endoscopic System for Optimal Positioning (AESOP)的来源。这个项目是Dr. Wang 和来自San Ramon Regional Medical 的Dr. Carlos Gracia共同推进的。

在麻省理工(MIT), Kenneth Salisbury教授和他的学生创新性的研发了人机交互和触觉反馈系统,他的一个学生,Dr. Akhil Madhani在他的博士工作中研发了“Black Falcon”系统,一个具有手术器械的远程力反馈系统。一个在Salisbury lab毕业的校友David Brock, 和一个来自 Boston大学医学中心的Dr. Gary Rogers在1996年联合成立了一个公司,叫做Brock–Rogers Surgical。

喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory (Pasadena, California))的 Dr. Hari Das和眼科医生Steve Charles合作,在NASA的支持下,他们的手术机器人Robot Assisted Microsurgery (RAMS)在远程操作和微创手术领域也取得了一定的成就。

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